JP3659791B2

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Publication number: JP3659791B2
Application number: JP07365698A
Authority: JP
Inventors: 道治工藤
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: US7835519B2; US6816595B1; US7483536B2; JPH11296076A; US20090161875A1; US20050063546A1

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、特定の時刻において復号を可能とする時間鍵から小時間鍵を生成する技術に関し、特に該小時間鍵により時間鍵の個数を増やさずに復号時間の時間単位を小さくする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明では、小時間鍵の生成方式と管理（送信、保管等）方式について説明する。一般に復号時刻の時間単位を小さくしようとすると管理すべき時間鍵の個数が増えてしまうが、本発明を使うことにより管理すべき時間鍵の個数は増やさずに時間単位をより小さくすることができる。
【０００３】
時間鍵は、データがある時刻まで復号されないようにするための仕組みに用いられる。この仕組みは、時間暗号鍵、時間復号鍵を管理する時間鍵管理局により、特定の時刻まで時間復号鍵が秘密にされ、特定の時刻を過ぎたら時間復号鍵が公開されるような仕組みに基づいている。
【０００４】
このような仕組みのもとで復号時刻の時間単位を小さくするためには、その時間単位に対応した多くの時間鍵を生成する必要がある。例えば、時間単位が一日単位の時間鍵の場合、一年間で365個の時間鍵を生成・管理すればよい。(1998年1月16日用の時間鍵、1998年1月17日用の時間鍵など) ところが、時間単位を一分単位に小さくすると、一年間で525600個の時間鍵を生成・管理する必要がある。(1998年1月16日午前10時28分用の時間鍵、1998年1月16日午前10時29分用の時間鍵など) このように復号時刻の時間単位を小さくするためには管理すべき時間鍵の個数が増えてしまう。時間鍵の管理にはもっともセキュリティの高い体制が必要であるので、時間鍵の個数をやみくもに増やさないことが望まれる。一方で、時間鍵を利用したアプリケーションを考えると、復号時刻の時間単位は小さい方がより柔軟な運用が可能になる。
【０００５】
非対称鍵暗号を使った時間鍵については、 M. Kudo、"Secure Electronic Sealed-Bid auction Protocol with Public Key Cryptography," IEICE Trans. Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, Vol. E81-A, No.1, 1998 に述べられている。また対称鍵暗号を使った時間鍵については R. L. Rivest, A. Shamir, D. A. Wagner, "Time-lock puzzles and timed-release Crypto," MIT Laboratory for Computer Science, pp. 1-9, 1996 time-lock puzzles で述べられている。両文献とも単位時間鍵に関する記述であり、本発明の単位時間鍵から小時間鍵を生成し時間鍵の個数を増やさずに復号時間の時間単位を小さくする方法については述べられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、時間鍵から小時間鍵を生成する方法及びシステムを提供することである。
【０００７】
また別の課題は、小時間鍵と単位時間鍵を使って暗号化する方法及びシステムを提供することである。
【０００８】
また別の課題は、小時間鍵と単位時間鍵を送信する方法及びそのシステムを提供することである。
【０００９】
また別の課題は、小時間鍵と単位時間鍵を使って暗号化データを復号化する方法及びそのシステムを提供することである。
【００１０】
また別の課題は、小時間鍵と単位時間鍵を、利用者により自由に使用できる、時間鍵サーバを提供することである。
【００１１】
また別の課題は、小時間鍵と単位時間鍵を使って時間鍵管理機能が膨大な数の時間鍵を管理する必要がない、時間鍵管理方法及びそのシステムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、時間単位内に複数の小時間鍵を生成する。まず時間単位の直後の単位時間復号鍵を生成する。そして該単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、最後の小時間鍵を得る。求める小時間鍵は、求める小時間鍵の１つ前の小時間鍵に１方向性関数を適用することにより得られる。つまり、小時間鍵を時系列に見て、最後の順番の小時間鍵から前の方へ生成する。このようにすることにより、特定の小時間鍵が何らかの原因により外部へ漏れてしまっても、これを元に時系列的に先の小時間鍵を生成する事は不可能となる。さらに、小時間鍵を次々と公開しても単位時間復号鍵は安全である。
【００１３】
上記の構成により、単位時間鍵及び小時間鍵を生成する、既存のタイムサーバに似た、時間鍵サーバを構築することが可能となる。利用するユーザは、該時間鍵サーバから公開される時間鍵を利用して、多様なアプリケーションを構築することができるようになる。
【００１４】
例えば、ネットワーク試験システム、電子封印入札システム等である。時間前に特定のデータを見てはいけない、若しくは見られてはいけない等の制約がある場合に、時間鍵を使って予め特定の部分を暗号化したデータ全体を、前もって電子的に配布しておき、特定の時間になったら時間復号鍵を取得することにより、特定のデータの内容を見ることができるようになる。
【００１５】
なお、本発明でいう時間単位は柔軟に設定可能である。１日単位でもよいし１１分単位でもよいし、３分単位でもよい。適宜選択可能である。本発明の小時間鍵を使用することにより、時間鍵管理機能が膨大な数の時間鍵を管理する必要がなくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に実施例で使用される用語の定義を行う。
・時間鍵 :時間に依存した暗号・復号を行うための鍵。暗号化データを復号する復号鍵が特定の復号時刻を過ぎると公開されるという使い方をする場合、それを時間鍵と呼ぶ。時間鍵の作り方や暗号化・復号化の方法は、通常の暗号学における非対称鍵(RSAなど)、対称鍵(DESなど)と同じである。
・小時間鍵 :時間単位の小さい時間鍵であり、復号時刻の時間単位の大きな時間鍵を元にして作られたより時間単位の小さい時間鍵。図1の小時間鍵11、小時間鍵12などを指す。
・時間暗号鍵 :非対称鍵、対称鍵を区別せずに、時間に依存した暗号を行うための暗号鍵
・時間復号鍵 :非対称鍵、対称鍵を区別せずに、時間に依存した復号を行うための復号鍵
・非対称時間暗号鍵 :データを暗号化するための非対称鍵の公開鍵
・非対称時間復号鍵 :データを復号化するための非対称鍵の秘密鍵
・対称時間鍵 :データを暗号化・復号化するための対称鍵
・非対称鍵暗号による暗号化 :データを非対称鍵暗号で暗号化する場合、予め一時的な対称鍵でデータを暗号化した後、その対称鍵を非対称鍵で暗号化することを意味する
・時間鍵管理サーバ(システム) :時間鍵を管理する目的を持った特別のシステム
・単位時間鍵 :小時間鍵を作る元となる時間鍵。本発明においては非対称鍵でも対称鍵でもよい。図1の単位時間鍵1、単位時間鍵2を指す。
・時間単位 :単位時間鍵あるいは小時間鍵の互いに異なる鍵の生成される最も短い時間間隔。単位時間鍵の時間単位が一日の場合、一日毎に異なる時間鍵が生成されることを意味する。
【００１７】
以下に実施例で使用されるのに記述法の定義を行う。
M1 | M2 :データM1とデータM2の連接
PK_x : Xの非対称公開鍵(時間鍵ではなく、通常の署名検証用公開鍵)
ＳＫ_ｘ：Ｘの非対称秘密鍵(時間鍵ではなく、通常の署名用秘密鍵)PK_x,t=t1 : Xの非対称時間暗号鍵、復号時間はt1
ＳＫ_{ｘ，ｔ＝ｔ１} ：Ｘの非対称時間復号鍵、復号時間はt1
Ｋ_Ｘ：Ｘの対称秘密鍵(時間鍵ではなく、通常の暗号用鍵)K_X,t=t1 : Xの対称時間鍵、復号時間はt1
｛Ｍ｝ＰＫ_ｘ：Ｘの非対称公開鍵によるデータMの暗号化、またはデータMに対する署名の検証
{M}PK_x,t=t1 : Xの非対称時間暗号鍵によるデータMの暗号化
{M}SK_x : Xの非対称秘密鍵によるデータMの復号化、またはデータMに対する署名
{M}SK_x,t=t1 : Xの非対称時間復号鍵によるデータMの復号化
{M}K_X : Xの対称鍵によるデータMの暗号化
{M}K_X,t=t1 : Xの対称時間鍵によるデータMの暗号化
{M}K^-1_X,t=t1 : Xの対称時間鍵によるデータMの復号化
f(M)、f'(M) :一方向性関数f、f'によるデータMの値。一方向性関数とは、値から元の引数Mを求めることが計算量的に困難であるような性質を持つ関数。ハッシュ関数など。
【００１８】
図7に小時間鍵を生成システムのブロック図を示す。
まずブロック710で、単位時間復号鍵を生成する。次にブロック720で小時間鍵が該当する時間単位の中の最後の小時間鍵の鍵の値を、単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、計算(生成)する。そしてブロック730で求める小時間鍵の１つ前の小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより、該求める小時間鍵を得る。
【００１９】
図8に小時間鍵を生成方法のフローチャートを示す。
まずステップ810で、小時間鍵が該当する時間単位の中の最後の小時間鍵の鍵の値を、単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し計算する。そしてステップ820で求める小時間鍵の１つ前の小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより、該求める小時間鍵を得る。次にステップ830ですべての小時間鍵の値を計算したかを判断し、NOであれば、ステップ820へ処理は戻る。判断結果がYESであれば処理を終了する。
【００２０】
より詳細に、小時間鍵を生成するステップを以下に記載する。
ステップ1:
ｔ＝ｔ２の単位時間復号鍵を生成する。より詳細には、小時間鍵が該当する時間単位(t1=<t<t2)の次の時間単位(t=t2)に使われる単位時間復号鍵を生成する。
ステップ2:
小時間鍵が該当する時間単位の中の最後の小時間鍵の鍵の値を計算する。鍵の値は、ステップ1の単位時間復号鍵の値に対して一方向性関数(f)を適用した値とする。
ステップ3:
ステップ2で求められた小時間鍵の一つ前の小時間鍵の鍵の値は、求められた小時間鍵の鍵の値に一方向性関数(f')を適用した値とする。
ステップ4:
小時間鍵の該当する時間単位が始まる時刻になるまでステップ3の計算を繰り返す。
【００２１】
小時間鍵と単位時間鍵を使って暗号化する方法は、次のステップから構成される。
ステップ1:
時間鍵利用者から復号時刻t1の時間暗号鍵が要求された場合、時間鍵管理サーバは該当する単位時間暗号鍵PK_x,t=t1'を送信する。(例えば、単位時間暗号鍵はt1を超えない最も遅い復号時刻(t1')の単位時間鍵) なおステップ1は、よりセキュリティーを重視する場合には選択すべきステップであり、省略可能である。
ステップ2:
時間鍵管理サーバは利用者から送られたメッセージ(M)を小時間鍵(K_X,t=t1'')で暗号化し、{M}K_X,t=t1''を送信する。(例えば、t1''は小時間暗号鍵はt1を過ぎて最初の復号時刻(t1'')の小時間鍵) なお、該当するK_X,t=t1''がない場合または必要ない場合はこのステップを省略する。
ステップ3:
利用者は、取得した単位時間鍵を使って次のように暗号化する。{{M}K_X,t=t1''}PK_x,t=t1'。これが、単位時間鍵および小時間鍵で暗号化した暗号化データになる。
なお上記ステップ3は、よりセキュリティーを重視する場合には選択すべきステップであり、省略可能である。
【００２２】
小時間鍵と単位時間鍵を管理(送信、保管等)する方法は、次のステップから構成される。
ステップ1:
時間鍵管理サーバは復号時刻t11の単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)を時刻t11になるまで安全に保管する。
ステップ2:
時間鍵管理サーバは、時刻t11を過ぎて時間鍵復号者から復号時刻t11の復号要求があったら、復号時刻がt11の単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)を送信する。ただし、本ステップ2は選択可能なステップであって必ずしも行う必要はない。安全性を重視する場合に選択する。
ステップ3:
時間鍵管理サーバは、時刻t11から小時間鍵の時間単位(stp)の倍数の時間(n * stp)だけ過ぎて時間鍵復号者から復号時刻( = t11 + n*stp)の復号要求があったら、該当する小時間鍵(K_{X,t=t11+n*stp})を送信する。この時、小時間鍵(K_{X,t=t11+n*stp})の値は、1.前記した小時間鍵を生成するステップを用いて計算してもよいし、あるいは時間鍵管理サーバの中に安全に保管されている小時間鍵の値を使う。
ステップ4:
時間鍵管理サーバは、次の単位時間鍵の時刻t21になるまでステップ3を繰り返す。
なお図3に小時間鍵と単位時間鍵を管理する方法を時間軸に沿って示す。ここで、t=t12 における SK_X,t=t11、 t=t13 における SK_X,t=t11、 t=t22 における SK_X,t=t21 は必ずしも送信しなくてもよい。適宜選択可能である。
【００２３】
小時間鍵の管理方法は、小時間鍵を公開する時刻の前後で分類できる。
例えば、公開前の場合、小時間鍵の値をサーバで保管し管理してもよい。あるいは小時間鍵の値を管理せず、小時間鍵の要求時にサーバが計算してもよい。
公開後の場合、小時間鍵の値を管理する必要がない。なぜなら小時間鍵の値は単位時間復号鍵の値から１方向性関数（公開されているとする）を使って一意に求めることができるからである。
【００２４】
小時間鍵と単位時間鍵を使って暗号化データを復号する方法は、次のステップから構成される。
ステップ1:
時間鍵復号者は、暗号化データEと復号するための単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)、小時間鍵(K_X,t=t1n)を取得する。なお単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)を取得するか否かは選択事項である。もし暗号化データが単位時間暗号鍵を用いて暗号化されていれば単位時間復号鍵も取得する。
ステップ2:
復号者は{E} K^-1_X,t=t1nを計算する。ただし K^-1_X,t=t1n=K_X,t=t1n。これが暗号された元のデータになる。このステップは暗号化データが単位時間復号鍵及び小時間鍵により暗号されたデータである場合には、復号者は{{E}SK_X,t=t11} K^-1_X,t=t1nを計算する。
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図９には、本発明において使用されるシステムのハードウェア構成の一実施例を示す概観図が示されている。システム１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）１とメモリ４とを含んでいる。ＣＰＵ１とメモリ４は、バス２を介して、補助記憶装置としてのハードディスク装置１３（またはＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ２３、ＤＶＤ等の記憶媒体駆動装置）とＩＤＥコントローラ２５を介して接続してある。同様にＣＰＵ１とメモリ４は、バス２を介して、補助記憶装置としてのハードディスク装置３０（またはＭＯ２８、ＣＤ−ＲＯＭ２３、ＤＶＤ等の記憶媒体駆動装置）とＳＣＳＩコントローラ２７を介して接続してある。フロッピーディスク装置２０はフロッピーディスクコントローラ１９を介してバス２へ接続されている。システム１００は時間鍵生成、時間鍵管理、時間鍵暗号化、時間鍵復号、時間鍵送受信を行うシステムであり、時間鍵管理サーバも同様の構成である。
【００２５】
フロッピーディスク装置２０には、フロッピーディスクが挿入され、このフロッピーディスク等やハードディスク装置１３（またはＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の記憶媒体）、ＲＯＭ１４には、オペレーティングシステムと協働してＣＰＵ等に命令を与え、本発明を実施するためのコンピュータ・プログラムのコード若しくはデータを記録することができ、メモリ４にロードされることによって実行される。このコンピュータ・プログラムのコードは圧縮し、または、複数に分割して、複数の媒体に記録することもできる。
【００２６】
システム１００は更に、ユーザ・インターフェース・ハードウェアを備え、入力をするためのポインティング・デバイス（マウス、ジョイスティック等）７またはキーボード６や、視覚データをユーザに提示するためのディスプレイ１２を有することができる。また、パラレルポート１６を介してプリンタを接続することや、シリアルポート１５を介してモデムを接続することが可能である。このシステム１００は、シリアルポート１５およびモデムまたは通信アダプタ１８(イーサネットやトークンリング・カード)等を介してネットワークに接続し、他のコンピュータ等と通信を行うことが可能である。またシリアルポート１５若しくはパラレルポート１６に、遠隔送受信機器を接続して、赤外線若しくは電波によりデータの送受信を行うことも可能である。
【００２７】
スピーカ２３は、オーディオ・コントローラ２１によってＤ／Ａ（デジタル／アナログ変換）変換された音声信号を、アンプ２２を介して受領し、音声として出力する。また、オーディオ・コントローラ２１は、マイクロフォン２４から受領した音声情報をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、システム外部の音声情報をシステムにとり込むことを可能にしている。
【００２８】
このように、本システムは、通常のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やワークステーション、ノートブックＰＣ、パームトップＰＣ、ネットワークコンピュータ、コンピュータを内蔵したテレビ等の各種家電製品、通信機能を有するゲーム機、電話、ＦＡＸ、携帯電話、ＰＨＳ、電子手帳、等を含む通信機能有する通信端末、または、これらの組合せによって実施可能であることを容易に理解できるであろう。ただし、これらの構成要素は例示であり、その全ての構成要素が本発明の必須の構成要素となるわけではない。
【００２９】
１．試験システム
試験などで回答を行う際の制約の例として、時間に依存した制約がある。例えば、TOEICなどの場合、試験開始から数分間はヒアリングのテストを行い、その前にライティングの問題ページを見てはいけない、などという制約である。このように、時間前に特定のデータを見てはいけないような制約がある場合、ネットワーク経由で実時間で数分後に特定のデータを配布しなくても、時間鍵を使って予め特定の部分を暗号化しておけば、そこを含んだデータ全体を前もって電子的に配布しておくことができる。特定の時間になったら時間復号鍵を取得することにより、特定のデータの内容を見ることができるようになる。この場合、時間鍵の時間単位が一日単位では試験システムを運用するのに支障をきたす。本発明の方法を用いて分単位で時間鍵を生成すれば、試験の受験者は一分単位の中でいつでも試験を始めることができる。また、本発明の利点として時間鍵管理機能として膨大な数の時間鍵を管理する必要がなくなる。
電子掲示板システムを利用したネットワーク試験システム（図５）は以下のステップから構成される。
ステップ1:
時間鍵管理サーバ(管理者)510は復号時刻t11の単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)を時刻t11になるまで安全に保管する。時間鍵管理サーバは復号時刻t11の次の時間単位の単位時間復号鍵(SK_x,t=t21)の値に一方向性関数を適用した値(ft2 = f(SK_x,t=t21))を時刻t11になるまで安全に保管する。
ステップ2:
時間鍵管理サーバ510は、時刻t11を過ぎたら電子掲示板520に復号時刻がt11の単位時間復号鍵(SK_x,t=t11)を公開する。
ステップ3:
時間鍵管理サーバ510は、時刻t11から小時間鍵の時間単位(stp)の倍数の時間(n * stp)だけ過ぎたら、電子掲示板520に復号時刻がt1nの小時間鍵(K_X,t=t1n)を公開する。
ステップ4:
時間鍵管理サーバ510は、次の単位時間鍵の時刻t21になるまでステップ3'を繰り返す。
【００３０】
図５において、時間鍵管理サーバ510は、一日単位の単位時間鍵と一分単位の小時間鍵を作成し、毎分電子掲示板520に単位時間鍵および小時間鍵を公開する。試験主催者530は、受験者Ｘからの受験の要求があると、試験問題の一部を小時間鍵で暗号化したあと、全体を受験者Ｘに送信する。この場合、受験者Ｘはデータの受信から例えば5分後から試験が開始できるよう準備しておく必要がある。データの受信から5分後に最初の問題ページを暗号化している小時間復号鍵を電子掲示板520から取得する。これにより受験者Ｘは試験を始めることができる。また、試験開始から40分後に、次のセクションを暗号化している小時間復号鍵を電子掲示板520から取得する。これにより、受験者Ｘは、次のセクションの試験を始めることができる。受験者Ｙは、受験者Ｘや主催者の都合と関係なく一分単位で試験を始めることができる。
【００３１】
２．電子封印入札システム
電子封印入札とは、特定の時間まで開封されない特別な電子封筒に入札金額を入れて入札を行うシステムである。特別な電子封筒として時間鍵と時間鍵を使用する。入札では、復号時間まで入札金額が絶対に復号されないように安全に保管する必要がある。復号時刻の時間単位を小さくするために、本発明の方法により単位時間鍵と小時間鍵を使用する。これにより、例えば開封時刻を一分単位で決めることが可能となり、入札規則を柔軟に設定することができる。本発明を用いることにより、復号時刻の時間単位を小さくすることができるが時間鍵管理局が管理する必要のある鍵の個数は増加しない。
図6に電子封印入札アプリケーションの例を図示する。入札者Ｘ620は、入札金額を暗号化するために時間鍵管理局610から復号時刻t1の単位時間暗号鍵と小時間暗号鍵を入手し入札金額を暗号化する。入札管理局650に暗号化した入札金額を送信する。入札管理局650では、復号時刻t1を過ぎたら各入札者から送信された暗号化情報を時間鍵管理局610から取得した単位時間復号鍵と小時間復号鍵を使って復号する。全ての入札金額が復号できたら、最も安い価格を落札金額とする。落札結果は入札管理局650が公表する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の小時間鍵を使うと、時間鍵管理サーバが管理する時間鍵の個数を増やさずに復号時刻の時間単位を小さくすることができる。
図4でt11からt31の間で時間鍵管理サーバが管理すべき時間鍵は、SK_x,t=t11、 SK_x,t=t21だけである。小時間鍵K_X,t=t12、 K_X,t=t13、 K_X,t=t22、 K_X,t=t23は管理する必要がない。なぜならば、小時間鍵K_X,t=t12、 K_X,t=t13は、 SK_x,t=t21の値が公開された時刻(t21)以後では、一方向性関数(f,f')により容易に計算することができるからである。また、同様に小時間鍵K_X,t=t22、 K_X,t=t23は、 SK_x,t=t31の値が公開された時刻(t31)以後では、一方向性関数(f,f')により容易に計算することができる。一方、時刻(t12)において小時間鍵K_X,t=t12が公開された場合、この小時間鍵の値から単位時間復号鍵SK_x,t=t21の値を計算することは一方向性関数の性質から困難である。従って、小時間鍵を次々と公開しても単位時間復号鍵は安全である。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】単位時間鍵と小時間鍵との時間的関係を示す図である。
【図２】小時間鍵の生成方法を示す図である。
【図３】小時間鍵と単位時間鍵を管理する方法を時間軸に沿って示す図である。
【図４】小時間鍵と単位時間鍵の関係を示す図である。
【図５】ネットワーク試験システムの例を示す図である。
【図６】電子封印入札アプリケーションの例を示す図である。
【図７】小時間鍵の生成を行うブロック図である。
【図８】小時間鍵の生成を行うフローチャートである。
【図９】本発明で使用されるハードウェア構成の一実施例である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a technique for generating a small time key from a time key that enables decryption at a specific time, and more particularly to a technique for reducing the time unit of the decoding time without increasing the number of time keys by the small time key.
[0002]
[Prior art]
In the present invention, a short time key generation method and a management (transmission, storage, etc.) method will be described. In general, if the time unit of decryption time is reduced, the number of time keys to be managed increases. However, by using the present invention, the time unit can be reduced without increasing the number of time keys to be managed. .
[0003]
The time key is used in a mechanism for preventing data from being decrypted until a certain time. This mechanism is based on a mechanism in which the time key management station that manages the time encryption key and the time decryption key keeps the time decryption key secret until a specific time, and the time decryption key is released after the specific time. ing.
[0004]
In order to reduce the time unit of the decryption time under such a mechanism, it is necessary to generate many time keys corresponding to the time unit. For example, if the time unit is a daily time key, 365 time keys may be generated and managed in one year. (Time key for January 16, 1998, Time key for January 17, 1998, etc.) However, if the time unit is reduced to one minute, 525600 time keys must be generated and managed in one year. There is. (Time key for 10:28 am on January 16, 1998, time key for 10:29 am on January 16, 1998, etc.) The number of power keys should increase. Time key management requires the most secure system, so it is desirable not to increase the number of time keys. On the other hand, when considering an application using a time key, a smaller time unit of the decryption time enables more flexible operation.
[0005]
For time keys using asymmetric key cryptography, see M. Kudo, “Secure Electronic Sealed-Bid auction Protocol with Public Key Cryptography,” IEICE Trans. Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, Vol. E81-A, No. 1. , 1998. For time keys using symmetric key cryptography, see RL Rivest, A. Shamir, DA Wagner, "Time-lock puzzles and timed-release Crypto," MIT Laboratory for Computer Science, pp. 1-9, 1996 time-lock puzzles. It is stated in. Both documents are descriptions about a unit time key, and do not describe a method of generating a small time key from the unit time key of the present invention and reducing the time unit of the decryption time without increasing the number of time keys.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method and system for generating a small time key from a time key.
[0007]
Another object is to provide a method and system for encryption using a small time key and a unit time key.
[0008]
Another object is to provide a method and system for transmitting a small time key and a unit time key.
[0009]
Another object is to provide a method and system for decrypting encrypted data using a small time key and a unit time key.
[0010]
Another problem is to provide a time key server that allows a user to freely use a small time key and a unit time key.
[0011]
Another problem is to provide a time key management method and a system therefor in which the time key management function does not need to manage a huge number of time keys using a small time key and a unit time key.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a plurality of small time keys are generated within a time unit. First, a unit time decryption key immediately after the time unit is generated. Then, a one-way function is applied to the unit time decryption key to obtain the last small time key. The small time key to be obtained is obtained by applying a one-way function to the small time key immediately before the small time key to be obtained. In other words, the small time keys are generated in a time series, starting from the last time small time key. By doing so, even if a specific small time key leaks to the outside for some reason, it becomes impossible to generate the previous small time key in time series based on this. Furthermore, the unit time decryption key is safe even if the small time keys are disclosed one after another.
[0013]
With the above configuration, a time key server similar to an existing time server that generates unit time keys and small time keys can be constructed. The user who uses it can construct various applications using the time key disclosed from the time key server.
[0014]
For example, a network test system, an electronic seal bidding system, etc. If there is a restriction that certain data should not be seen or seen before the time, the entire data encrypted in advance using a time key is electronically distributed in advance. In addition, by acquiring the time decryption key at a specific time, the contents of the specific data can be viewed.
[0015]
The time unit referred to in the present invention can be set flexibly. The unit may be 1 day, 11 minutes, or 3 minutes. It can be selected as appropriate. By using the small time key of the present invention, the time key management function does not need to manage an enormous number of time keys.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The terms used in the examples are defined below.
Time key: A key for performing time-dependent encryption / decryption. When the usage is such that the decryption key for decrypting the encrypted data is released after a specific decryption time, it is called a time key. The method for creating the time key and the encryption / decryption method are the same as those for asymmetric keys (such as RSA) and symmetric keys (such as DES) in ordinary cryptography.
Small time key: A time key with a small time unit, and a time key with a smaller time unit than a time key created based on a time key with a large time unit of decryption time. It refers to the small time key 11, the small time key 12, etc. in FIG.
-Time encryption key: Encryption key for performing time-dependent encryption without distinguishing between asymmetric keys and symmetric keys-Time decryption key: Time-dependent decryption without distinguishing between asymmetric keys and symmetric keys Decryption key and asymmetric time encryption key: Asymmetric key public key to encrypt data and asymmetric time decryption key: Asymmetric key secret key and data to decrypt data Symmetric time key: Encrypt data Encryption using symmetric / asymmetric key encryption for decryption: When encrypting data with asymmetric key encryption, first encrypt the data with a temporary symmetric key and then encrypt the symmetric key with the asymmetric key. Meaning ・ Time key management server (system): A special system with the purpose of managing time keys ・ Unit time key: Time key from which small time keys are created. In the present invention, an asymmetric key or a symmetric key may be used. Refers tounit time key 1 andunit time key 2 in FIG.
-Time unit: The shortest time interval in which different keys of unit time key or small time key are generated. When the time unit of the unit time key is one day, it means that a different time key is generated every day.
[0017]
The following is a definition of the description method used in the examples.
M1 | M2: Connection of data M1 and data M2
PK_x : X asymmetric public key (not a time key, but a normal public key for signature verification)
SK_x : X asymmetric secret key (not a time key but a normal signing secret key) PK_{x, t = t1} : X asymmetric time encryption key, decryption time is t1
SK_{x, t = t1} : X asymmetric time decryption key, decryption time is t1
K_X : X symmetric secret key (not a time key, but a normal encryption key) K_{X, t = t1} : X symmetric time key, decryption time is t1
{M} PK_x : Encryption of data M with asymmetric public key of X, or verification of signature on data M
{M} PK_{x, t = t1} : Encryption of data M with X asymmetric time encryption key
{M} SK_x : Decrypt data M with asymmetric secret key of X, or sign data M
{M} SK_{x, t = t1} :_Decrypt data M with asymmetric time decryption key of X
{M} K_X : Encryption of data M with X symmetric key
{M} K_{X, t = t1} : Encryption of data M with X symmetric time key
{M} K^-1_{X, t = t1} : Decryption of data M with X symmetric time key
f (M), f ′ (M): Value of data M by one-way function f, f ′. A one-way function is a function having a property that it is difficult to calculate the original argument M from a value in terms of calculation. Hash function etc.
[0018]
FIG. 7 shows a block diagram of a system for generating a small time key.
First, inblock 710, a unit time decryption key is generated. Next, inblock 720, the key value of the last small time key in the time unit corresponding to the small time key is calculated (generated) by applying a one-way function to the unit time decryption key. Then, the small time key to be obtained is obtained by applying the one-way function to the small time key immediately before the small time key to be obtained inblock 730.
[0019]
FIG. 8 shows a flowchart of a method for generating a small time key.
First, instep 810, the key value of the last small time key in the time unit corresponding to the small time key is calculated by applying a one-way function to the unit time decryption key. Then, the obtained small time key is obtained by applying the one-way function to the small time key immediately before the small time key obtained instep 820. Next, instep 830, it is determined whether all small time key values have been calculated. If NO, the process returns to step 820. If the determination result is YES, the process ends.
[0020]
In more detail, the steps for generating a small time key are described below.
step 1:
A unit time decryption key of t = t2 is generated. More specifically, a unit time decryption key used for the next time unit (t = t2) of the time unit (t1 = <t <t2) to which the small time key corresponds is generated.
Step 2:
Calculate the key value of the last small time key in the time unit to which the small time key falls. The key value is a value obtained by applying the one-way function (f) to the unit time decryption key value instep 1.
Step 3:
The key value of the small time key immediately before the small time key obtained instep 2 is a value obtained by applying a one-way function (f ′) to the key value of the obtained small time key.
Step 4:
Repeat step 3 until the time starts with the time unit corresponding to the small time key.
[0021]
The encryption method using the small time key and the unit time key includes the following steps.
step 1:
When the time key user requests the time encryption key at the decryption time t1, the time key management server transmits the corresponding unit time encryption key PK_{x, t = t1 ′} . (For example, the unit time encryption key is the unit time key of the latest decryption time (t1 ′) not exceeding t1) Note thatstep 1 is a step to be selected when security is more important and can be omitted.
Step 2:
The time key management server encrypts the message (M) sent from the user with the small time key (K_{X, t = t1 ″} ) and transmits {M} K_{X, t = t1 ″} . (For example, t1 '' is a small-time key at the first decryption time (t1 '') after t1) If there is no corresponding K_{X, t = t1 ''} or it is not necessary This step is omitted.
Step 3:
The user encrypts the acquired unit time key as follows. {{M} K_{X, t = t1 ''} } PK_{x, t = t1 '} . This is encrypted data encrypted with the unit time key and the small time key.
Note that step 3 is a step to be selected when security is more important, and can be omitted.
[0022]
The method for managing (transmitting, storing, etc.) the small time key and the unit time key includes the following steps.
step 1:
The time key management server securely stores the unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) at the decryption time t11 until the time t11 is reached.
Step 2:
The time key management server transmits a unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) whose decryption time is t11 when there is a decryption request of decryption time t11 from the time key decryptor after time t11. However, thisstep 2 is a selectable step and is not necessarily performed. Select when safety is important.
Step 3:
The time key management server receives a decryption request for the decryption time (= t11 + n * stp) from the time key decryptor after a time (n * stp) that is a multiple of the time unit (stp) of the small time key from time t11. Then, the corresponding small time key (K_{X, t = t11 + n * stp} ) is transmitted. At this time, the value of the small time key (K_{X, t = t11 + n * stp} ) may be calculated by using the step of generating the small time key described above, or in the time key management server. Use the small-time key value stored securely in
Step 4:
The time key management server repeats step 3 until time t21 of the next unit time key.
FIG. 3 shows a method for managing the small time key and the unit time key along the time axis. Here, SK_X at_{t = t12, t = t11,} t = SK at_{t13 X, t = t11, t} = SK at t22_{X, t = t21} it may not necessarily be transmitted. It can be selected as appropriate.
[0023]
The management method of the small time key can be classified before and after the time when the small time key is released.
For example, before the release, the value of the small time key may be stored and managed by the server. Alternatively, the server may calculate the value of the small time key without managing the value of the small time key.
When published, there is no need to manage small time key values. This is because the value of the small time key can be uniquely obtained from the value of the unit time decryption key using a one-way function (assumed to be disclosed).
[0024]
A method of decrypting encrypted data using a small time key and a unit time key includes the following steps.
step 1:
The time key_decryptor obtains the encrypted data E, the unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) and the small time key (K_{X, t = t1n} ) for decryption. Whether or not to obtain a unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) is a matter of choice. If the encrypted data is encrypted using the unit time encryption key, the unit time decryption key is also acquired.
Step 2:
The_decryptor calculates {E} K⁻¹_{X, t = t1n} . However, K⁻¹_{X, t = t1n} = K_{X, t = t1n} . This is the original encrypted data. In this step, if the encrypted data is data encrypted with a unit time decryption key and a small time key_{, the decryptor} calculates {{E} SK_{X, t = t11} } K⁻¹_{X, t = t1n} To do.
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of the hardware configuration of the system used in the present invention. Thesystem 100 includes a central processing unit (CPU) 1 and amemory 4. TheCPU 1 and thememory 4 are connected via abus 2 to a hard disk device 13 (or a storage medium driving device such as MO, CD-ROM 23, and DVD) as an auxiliary storage device via anIDE controller 25. Similarly, theCPU 1 and thememory 4 are connected via abus 2 to a hard disk device 30 (or a storage medium drive device such as MO 28, CD-ROM 23, DVD, etc.) as an auxiliary storage device via aSCSI controller 27. Thefloppy disk device 20 is connected to thebus 2 via thefloppy disk controller 19. Thesystem 100 is a system that performs time key generation, time key management, time key encryption, time key decryption, and time key transmission / reception, and the time key management server has the same configuration.
[0025]
A floppy disk is inserted into thefloppy disk device 20, and the floppy disk or the like, the hard disk device 13 (or a storage medium such as MO, CD-ROM, or DVD), and theROM 14 are connected to the CPU or the like in cooperation with the operating system. The computer program code or data for implementing the present invention can be recorded and executed by being loaded into thememory 4. The computer program code may be compressed or divided into a plurality of pieces and recorded on a plurality of media.
[0026]
Thesystem 100 further comprises user interface hardware and may include a pointing device (mouse, joystick, etc.) 7 or keyboard 6 for input and adisplay 12 for presenting visual data to the user. . A printer can be connected via theparallel port 16 and a modem can be connected via theserial port 15. Thesystem 100 can be connected to a network via aserial port 15 and a modem or a communication adapter 18 (Ethernet or token ring card) or the like to communicate with other computers. It is also possible to connect a remote transmission / reception device to theserial port 15 or theparallel port 16 to transmit / receive data by infrared rays or radio waves.
[0027]
Thespeaker 23 receives an audio signal D / A (digital / analog conversion) converted by theaudio controller 21 via theamplifier 22 and outputs it as audio. The audio controller 21 A / D (analog / digital) converts the voice information received from themicrophone 24 and allows the voice information outside the system to be taken into the system.
[0028]
As described above, this system includes a normal personal computer (PC), a workstation, a notebook PC, a palmtop PC, a network computer, various home appliances such as a television with a built-in computer, a game machine having a communication function, a telephone, It will be easily understood that the present invention can be implemented by a communication terminal having a communication function including a FAX, a mobile phone, a PHS, an electronic notebook, etc., or a combination thereof. However, these components are examples, and not all the components are essential components of the present invention.
[0029]
1. As an example of a constraint when an answer is made in a test system test or the like, there is a constraint depending on time. For example, in the case of TOEIC, for example, the hearing test is performed for several minutes from the start of the test, and the problem page of writing must not be viewed before that. In this way, if there is a restriction that you cannot see specific data before the time, even if you do not distribute the specific data several minutes later in real time via the network, you can use the time key to If you encrypt, you can electronically distribute the entire data including it. By acquiring a time decryption key at a specific time, the contents of the specific data can be viewed. In this case, if the time unit of the time key is one day, it will hinder the operation of the test system. By generating a time key in minutes using the method of the present invention, a test taker can start the test at any time within a minute. Further, as an advantage of the present invention, it is not necessary to manage a huge number of time keys as a time key management function.
A network test system (FIG. 5) using an electronic bulletin board system is composed of the following steps.
step 1:
The time key management server (administrator) 510 securely stores the unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) at decryption time t11 until time t11. The time key management server applies a one-way function to the value of the unit time decryption key (SK_{x, t = t21} ) in the next time unit after the decryption time t11 (ft2 = f (SK_{x, t = t21} )) Is stored safely until time t11.
Step 2:
The timekey management server 510 discloses the unit time decryption key (SK_{x, t = t11} ) whose decryption time is t11 to theelectronic bulletin board 520 after the time t11.
Step 3:
When the timekey management server 510 has passed a time (n * stp) that is a multiple of the time unit (stp) of the small time key from time t11, the timekey management server 510 stores the small time key (K_{X, t = t1n} ) is published.
Step 4:
Timekey management server 510 repeats step 3 ′ until time t21 of the next unit time key.
[0030]
In FIG. 5, the timekey management server 510 creates a unit time key for one day and a small time key for one minute, and publishes the unit time key and the small time key on theelectronic bulletin board 520 every minute. When there is a request for an examination from the examinee X, theexamination organizer 530 encrypts a part of the examination question with the small time key and then transmits the whole to the examination candidate X. In this case, the examinee X needs to be prepared so that the test can be started, for example, 5 minutes after the data is received. A short-time decryption key that encrypts the first problem page is obtained from theelectronic bulletin board 520 5 minutes after the data is received. As a result, the examinee X can start the examination. In addition, after 40 minutes from the start of the test, a short-time decryption key that encrypts the next section is acquired from theelectronic bulletin board 520. Thereby, the examinee X can start the examination of the next section. The examinee Y can start the examination in units of one minute regardless of the convenience of the examinee X or the organizer.
[0031]
2. Electronic sealed bidding system Electronic sealed bidding is a system in which a bid is placed in a special electronic envelope that is not opened until a specific time and a bid is placed. Use time key and time key as a special electronic envelope. In bidding, it is necessary to store securely so that the bid amount is never decrypted until the decryption time. In order to reduce the time unit of the decryption time, a unit time key and a small time key are used according to the method of the present invention. Thereby, for example, the opening time can be determined in units of one minute, and the bidding rules can be set flexibly. By using the present invention, the time unit of the decryption time can be reduced, but the number of keys that the time key management station needs to manage does not increase.
FIG. 6 shows an example of an electronic seal bidding application. In order to encrypt the bid amount, the bidder X620 obtains the unit time encryption key and the small time encryption key at the decryption time t1 from the timekey management station 610, and encrypts the bid amount. The encrypted bid amount is transmitted to thebid management station 650. Thebid management station 650 decrypts the encrypted information transmitted from each bidder using the unit time decryption key and the small time decryption key acquired from the timekey management station 610 when the decryption time t1 has passed. If all bid amounts can be decrypted, the cheapest price is taken as the winning bid amount. Thebid management station 650 announces the successful bid result.
[0032]
【The invention's effect】
When the small time key of the present invention is used, the time unit of the decryption time can be reduced without increasing the number of time keys managed by the time key management server.
In FIG. 4, the time keys to be managed by the time key management server between t11 and t31 are only SK_{x, t = t11} and SK_{x, t = t21} . The small time keys K_{X, t = t12} , K_{X, t = t13} , K_{X, t = t22} , K_{X, t = t23} do not need to be managed. This is because the small-time keys K_{X, t = t12} , K_{X, t = t13} are one-way functions (f, f ') after the time (t21) when the value of SK_{x, t = t21} is released. This is because it can be calculated more easily. Similarly, the small time keys K_{X, t = t22} , K_{X, t = t23} are unidirectional functions (f, f ′ after the time (t31) when the value of SK_{x, t = t31} is released. ) Can be easily calculated. On the other hand, when the small time key K_{X, t =} t12 is disclosed at time (t12), calculating the value of the unit time decryption key SK_x , t = t21 from this small time key value is one-way. It is difficult because of the nature of the function. Therefore, the unit time decryption key is safe even if the small time keys are disclosed one after another.
[0033]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a temporal relationship between a unit time key and a small time key.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for generating a small time key.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for managing a small time key and a unit time key along a time axis;
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a small time key and a unit time key.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a network test system.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electronic seal bidding application.
FIG. 7 is a block diagram for generating a small time key;
FIG. 8 is a flowchart for generating a small time key;
FIG. 9 is an example of a hardware configuration used in the present invention.

Claims

Translated fromJapanese

時間単位の直後に生成した単位時間復号鍵と、該単位時間復号鍵から生成される小時間鍵を用いてメッセージを暗号化する、暗号化システムであって、
（１）要求された時間の、直後の単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、最後の小時間鍵を得る手段と、
（２）小時間鍵を時系列に見て、最後の順番の小時間鍵から前の方へ生成する手段であって、要求された時間の小時間鍵を時系列的に１つ後ろの小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより得る手段と、
（３）得られた小時間鍵を用いてメッセージを暗号化する手段と、
を具備することを特長とする、暗号化システム。An encryption system that encrypts a message using a unit time decryption key generated immediately after a time unit and a small time key generated from the unit time decryption key,
(1) means for applying a one-way function to a unit time decryption key immediately after a requested time to obtain a final small time key;
(2) A means for generating small time keys in the time sequence by looking at the small time keys in chronological order, and generating the small time key of the requested time one time later in time series. Means obtained by applying said one-way function to a time key;
(3) means for encrypting the message using the obtained small time key;
An encryption system characterized by comprising:

（４）前記暗号化されたメッセージを、さらに単位時間暗号鍵を用いて暗号化する手段と、
を具備することを特長とする、請求項１記載の暗号化システム。(4) means for encrypting the encrypted message using a unit time encryption key;
The encryption system according to claim 1, comprising:

時間単位の直後に生成した単位時間復号鍵と、該単位時間復号鍵から生成される小時間鍵を用いて暗号化されたメッセージを復号する、復号システムであって、前記小時間鍵は、単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、最後の小時間鍵を得た後、要求された時間の小時間鍵は時系列的に１つ後ろの小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより得られており、
（１）公開された単位時間復号鍵及び小時間鍵を得る手段と、
（２）前記単位時間復号鍵を用いて暗号化されたメッセージを復号する手段と、
（３）前記復号されたメッセージをさらに、小時間鍵を用いて復号する手段と、
を具備することを特長とする、復号システム。A decryption system for decrypting a message encrypted using a unit time decryption key generated immediately after a time unit and a small time key generated from the unit time decryption key, wherein the small time key is a unit After applying the one-way function to the time decryption key and obtaining the last small-time key, the small-time key for the requested time is applied to the small-time key one time later in time series. Is obtained by
(1) means for obtaining a public unit time decryption key and a small time key;
(2) means for decrypting a message encrypted using the unit time decryption key;
(3) means for further decrypting the decrypted message using a small time key;
The decoding system characterized by comprising.

時間単位の直後に生成した単位時間復号鍵と、該単位時間復号鍵から生成される小時間鍵を用いた試験システムであって、
（１）試験開始時刻の単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、最後の小時間鍵を得る手段と、
（２）小時間鍵を時系列に見て、最後の順番の小時間鍵から前の方へ生成する手段であって、要求された試験開始時刻の小時間鍵を時系列的に１つ後ろの小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより得る手段と、
（３）単位時間復号鍵と小時間鍵を公開する手段と、
（４）試験問題を小時間鍵で暗号化し、さらに単位時間暗号鍵を用いて暗号化する手段と、
（５）前記暗号化した試験問題を受験者に送信する手段と、
（６）試験開始時刻に、前記試験問題に相応する小時間復号鍵を、受験者に送信する手段、
を具備することを特長とする、試験システム。A test system using a unit time decryption key generated immediately after a time unit and a small time key generated from the unit time decryption key,
(1) means for applying a one-way function to the unit time decryption key at the test start time to obtain the last small time key;
(2) A means for generating the time key in the time sequence in the last time from the last time key, and generating the time key at the requested test start time one time later. Means obtained by applying the one-way function to a small time key of
(3) means for disclosing the unit time decryption key and the small time key;
(4) means for encrypting a test question with a small time key and further encrypting with a unit time encryption key;
(5) means for transmitting the encrypted test question to the examinee;
(6) means for transmitting a short-time decryption key corresponding to the test question to the examinee at the test start time;
A test system characterized by comprising:

時間単位の直後に生成した単位時間復号鍵と、該単位時間復号鍵から生成される小時間鍵を用いる電子封印入札システムであって、
（１）復号時刻の単位時間復号鍵に１方向性関数を適用し、最後の小時間鍵を得る手段と、
（２）小時間鍵を時系列に見て、最後の順番の小時間鍵から前の方へ生成する手段であって、要求された復号時刻の小時間鍵を時系列的に１つ後ろの小時間鍵に前記１方向性関数を適用することにより得る手段と、
（３）単位時間復号鍵と小時間鍵を公開する手段と、
（４）前記小時間鍵および前記単位時間復号鍵で暗号化された入札金額を受信する手段と、
（５）復号時刻を過ぎた後、受信した前記入札金額を単位時間復号鍵と小時間復号鍵を用いて復号する手段と、
を具備することを特長とする、電子封印入札システム。An electronic seal bidding system using a unit time decryption key generated immediately after a time unit and a small time key generated from the unit time decryption key,
(1) means for applying a one-way function to a unit time decryption key at a decryption time to obtain a last small time key;
(2) A means for looking at the small time key in chronological order and generating it from the last small time key to the previous one, wherein the small time key of the requested decryption time is time-sequentially Means obtained by applying said one-way function to a small time key;
(3) means for disclosing the unit time decryption key and the small time key;
(4) means for receiving a bid amount encrypted with the small time key and the unit time decryption key;
(5) means for decrypting the received bid amount using a unit time decryption key and a small time decryption key after the decryption time has passed;
An electronic seal bidding system characterized by comprising: